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本研究的主要作者包括Renpeng Peng、Chao Song、Shuangquan Gou、Haiyang Liu、Honglei Kang、Yimin Dong、Yong Xu、Peixuan Hu、Kaiyong Cai、Qian Feng、Hanfeng Guan和Feng Li。研究团队分别来自华中科技大学同济医院骨科和重庆大学生物工程学院生物力学科学与技术教育部重点实验室。该研究发表于《Pharmacological Research》期刊，并于2024年2月26日被接受。
本研究的主要科学领域为骨代谢与肠道微生物的相互作用。骨质疏松症是绝经后女性常见的健康问题，主要由于雌激素水平下降导致骨吸收过度，骨稳态失衡。近年来，肠道微生物群在骨代谢中的作用逐渐受到关注，但其在绝经后骨质疏松症中的具体机制尚不明确。本研究旨在探讨肠道微生物群及其代谢产物在绝经后骨质疏松症中的作用，特别是Clostridium sporogenes（C. spor.）及其代谢产物吲哚丙酸（Indole Propionic Acid, IPA）对破骨细胞形成的影响。
研究共分为以下几个主要步骤：
动物模型建立与样本采集
研究使用卵巢切除（OVX）小鼠模型模拟绝经后骨质疏松症。通过16S rRNA测序分析OVX小鼠和假手术（Sham）小鼠的肠道微生物群变化，发现OVX小鼠中C. spor.的丰度显著降低。同时，通过ELISA检测血清中IPA的浓度，发现OVX小鼠的IPA水平下降了近80%。
体外破骨细胞分化实验
从C57BL/6J小鼠的骨髓中分离出骨髓源性巨噬细胞（BMMs），并在体外诱导其分化为破骨细胞。通过TRAP染色、F-actin环形成实验和骨吸收实验，发现IPA能够显著抑制破骨细胞的分化和功能。CCK8实验和TUNEL染色进一步排除了IPA对细胞增殖和凋亡的影响。
分子机制研究
通过RNA测序和Western blotting，发现IPA通过激活孕烷X受体（Pregnane X Receptor, PXR）抑制NF-κB信号通路，从而抑制破骨细胞分化。此外，IPA还能抑制RANKL诱导的PXR泛素化和降解，增加PXR与p65的结合，从而进一步抑制破骨细胞的形成。
体内实验验证
在OVX小鼠中，每日口服IPA或重复移植C. spor.均能显著抑制骨丢失。此外，研究还开发了一种C. spor.包裹的丝素蛋白（Silk Fibroin, SF）水凝胶系统，用于保护细菌免受胃酸环境的影响，并延长其在肠道中的滞留时间。该水凝胶系统在OVX小鼠中表现出与IPA口服或C. spor.移植相当的骨保护效果。
数据统计分析
所有数据均通过GraphPad Prism软件进行统计分析，采用t检验或方差分析（ANOVA）比较组间差异，显著性水平设定为p < 0.05。
肠道微生物群与IPA的变化
OVX小鼠中C. spor.的丰度和血清IPA水平显著降低，表明C. spor.及其代谢产物IPA与绝经后骨质疏松症密切相关。
IPA对破骨细胞的抑制作用
体外实验表明，IPA能够浓度依赖性地抑制破骨细胞的分化和骨吸收功能。分子机制研究表明，IPA通过激活PXR抑制NF-κB信号通路，从而抑制破骨细胞的形成。
体内骨保护效果
在OVX小鼠中，每日口服IPA或重复移植C. spor.均能显著抑制骨丢失。C. spor.包裹的SF水凝胶系统在体内实验中表现出与IPA口服或C. spor.移植相当的骨保护效果。
本研究发现，肠道微生物C. spor.及其代谢产物IPA在绝经后骨质疏松症中发挥重要作用。IPA通过激活PXR抑制破骨细胞的分化，从而保护骨量。此外，C. spor.包裹的SF水凝胶系统为绝经后骨质疏松症的治疗提供了一种新的策略，避免了重复移植细菌的缺点。
重要发现
首次揭示了C. spor.及其代谢产物IPA在绝经后骨质疏松症中的保护作用，并阐明了其通过PXR抑制破骨细胞分化的分子机制。
方法创新
开发了C. spor.包裹的SF水凝胶系统，有效保护细菌免受胃酸环境的影响，并延长其在肠道中的滞留时间，为肠道微生物移植提供了新的技术手段。
研究意义
本研究不仅为绝经后骨质疏松症的发病机制提供了新的见解，还为该疾病的治疗提供了潜在的治疗靶点和策略，具有重要的科学和应用价值。
研究还探讨了其他肠道微生物代谢产物（如短链脂肪酸、胆汁酸等）在骨代谢中的作用，为进一步研究肠道微生物与骨健康的关系提供了新的思路。此外，研究还通过RNA测序和Western blotting等分子生物学技术，深入揭示了IPA抑制破骨细胞分化的分子机制，为后续研究提供了重要的实验依据。